专利名称：1/4英寸ccd和svga显示的低畸变电子内镜成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子内窥镜物镜系统，特别适用于1/4″CCD和SVGA显示，视场为74°，外径为8mm，前端可弯曲的的高分辨率低畸变电子内窥镜系统，属于电子内镜成像系统。
背景技术：
内窥镜系统经历了百年发展，应用领域广泛，而今电子内窥镜以清晰逼真的图像和小型化的微电子电路获得更广泛的应用。很多公司已经设计并且生产了许多用于医学诊疗中不同型号的电子内窥镜，如用于腹腔诊疗的前端可弯曲外径为10mm，采用1/4″CCD和VGA显示的电子窥镜系统。
本发明的系统是针对宫腔诊疗使用的前端可弯曲，外径为8mm，采用1/4″和SVGA显示的电子内镜，设计其相应的光学成像系统。设计要求系统景深20mm-100mm，前端接1/4″CCD，视场为74°，则系统有效焦距较小。为获得合适的后工作距离，本发明采用反摄远物镜系统。为满足系统达到SVGA显示的需要，引入非球面以便更好地消像差，降低畸变，提高成像质量。
发明内容
本发明的目的是在满足景深20mm-100mm，1/4″CCD前端芯片]的条件下，采用五片镜和普通玻璃，引入非球面提高成像质量，以获得分辨率达到SVGA，在74°视场下最大畸变小于4％，有充分的后工作距的光学成像系统。
本发明设计了一个适用于外径为8mm，前端可弯曲270度可调的电子内窥镜的物镜系统。其设计目标是景深为20mm～100mm，视场角为74°，F/#为3.1，后工作距为4.8mm，CCD对角为1/4″，校像差物距20mm，分辨率为SVGA显示(600×800)。
本发明具体的技术方案这种1/4英寸SVGA显示的低畸变电子内窥镜物镜系统包括光栏，折射透镜，CCD接收面，偶次非球面，如图1所示。其特点是折射透镜1-3和折射透镜1-6组成反摄远系统的具有负光焦度的前组，同光轴上依次安置光栏1-8，由折射透镜1-10、折射透镜1-13和折射透镜1-16组成反摄远系统的具有正光焦度的后组，面1-15为偶次非球面，面1-18为CCD接收面。
本发明的有益效果采用反摄远系统，使后组透镜组对应的视场角减小，则它的像方视场角比物方视场角要小很多，有益像差校正，同时达到大孔径和大视场的目的；在面1-15引入偶次非球面，为二次曲面，则更好的消像差，获得高清晰，低畸变的内窥图像。
图1，图2是本发明的系统的结构示意图。
图3是本发明的系统的场曲和畸变。
图4是本发明的系统的光学传递函数。
图5是本发明的系统的垂轴像差。
其中1-1物面 1-2折射面 1-3折射透镜 1-4折射面 1-5折射面 1-6折射透镜 1-7折射面 1-8光栏 1-9折射面 1-10折射透镜 1-11折射面 1-12折射面 1-13折射透镜 1-14折射面 1-15非球面折射面 1-16折射透镜 1-17折射面 1-18CCD接受面这种1/4英寸SVGA显示的低畸变电子内窥镜物镜系统包括光栏，折射透镜，CCD接收面，偶次非球面。其特点是折射透镜1-3和折射透镜1-6组成反摄远系统的负的前组，同光轴上依次安置光栏1-8，由折射透镜1-10、折射透镜1-13和折射透镜1-16组成反摄远系统的正的后组，面1-18为CCD接收面。
折射透镜1-3和折射透镜1-10是凹透镜，折射透镜1-6、折射透镜1-13和折射透镜1-16是凸透镜。折射面1-15为偶次非球面。
本发明各折射透镜所选用材料依次为LACL7，BAFD5，FDS3，TAF3及TAC4。根据情况，也可选择其它合适的材料。
下面结合图对本发明作进一步详细说明如图1，2所示系统结构，在0.4μm～0.54μm的工作波段上，前两片镜组成本反摄远系统的具有负光焦度的前组，由后三片折射透镜组成本反摄远系统的具有正光焦度的后组，采用反射远系统拉长了后工作距。本发明工作时，系统的轴外光束通过前组发散透镜组以后，光线与光轴的倾角大大减小，致使后组透镜对应的像方视场角变小，能更好地矫正系统的像差；由于系统的像方视场角比物方视场角小很多，因此能够同时达到大孔径和大视场的设计目标。
在面1-15引入偶次非球面，为二次曲面，则更好地消除像差，使分辨率达到SVGA，畸变小于4％，很好地提高了成像质量，具有高清晰度的特点。此非球面的位置可以放到面1-14上。
折射透镜1-3、1-6、1-10、1-13、1-16的材料可以在工作波段范围为0.4μm～0.54μm的材料中任意选择。
权利要求
1.一种电子内窥镜物镜系统，适用于外径8mm刚性镜管、1/4″CCD和SVGA显示的电子内镜，视场为74°，F/#为3.1。包括光栏、折射透镜、非球面。其特征是折射透镜1-3和折射透镜1-6组成反摄远系统的负的前组，同光轴上依次安置光栏1-8，由折射透镜1-10、折射透镜1-13和折射透镜1-16组成的反摄元系统的正的后组，1-18为CCD接收面。
2.根据权利要求1所述电子内窥镜物镜系统，其特征是折射透镜1-3和折射透镜1-10是凹透镜，折射透镜1-6、折射透镜1-13和折射透镜1-16是凸透镜。
3.根据权利要求1所述电子内窥镜物镜系统，其特征是折射面1-15是偶次非球面。
4.根据权利要求1所述电子内窥镜物镜系统，系统所用玻璃材料折射透镜1-3为LACL7，折射透镜1-6为BAFD5，折射透镜1-10为FDS3，折射透镜1-13为TAF3，折射透镜1-16为TAC4。
全文摘要
本发明涉及一种电子内窥镜的物镜系统，特别适用于以金属卤素灯为冷光源、前端可弯曲、直径为8mm刚性镜管、采用1/4″CCD的电子内窥镜系统。本发明包括光栏、折射透镜、非球面等，其特点是根据冷光源波长范围、20mm－100mm内窥像景深要求、1/4″CCD探测器尺寸、SVGA显示，设计一种接在前端的五片镜反摄远物镜系统。由五片镜透镜组成像，通过前端芯片技术将采集的图像转换成电信号进行传输和处理。将非球面成功的引入到系统的设计中提高成像质量，使用普通的材料LACL7，BAFDS，FDS3，TAF3及TAC4，系统在0.4－0.53μm波段内很好的校正了各种单色像差和色差，在74°的视场下畸变小于4％，分辨率达到SVGA，结构紧凑，具有良好的像差特性。本发明提供了一种新的电子内窥镜的高性能物镜。
文档编号A61B1/00GK1965750SQ20051001604
公开日2007年5月23日 申请日期2005年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者王肇圻, 张梅, 张渝陵 申请人:天津菱光科贸有限公司